CN100471960C - 用于直接熔炼工艺的固体供给材料的供给方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将用于直接熔炼工艺的固体供给材料供给到直接燃料容器的固体喷射喷管的方法和设备。所述固体材料供给设备包括用于在压力下将含铁材料和固体含碳材料输送到固体喷射喷管(7)的供料线(L)，所述供料线包括主供料线段(15)和从主供料线段延伸的多个供料支线段(17)。每一个供料支线段与固体喷射喷管相连以将含铁材料和固体含碳材料供给到喷管。所述设备还包括用于在压力下将含铁材料分配到供料线的主供料线段的组件以及用于在压力下将含碳材料分配到供料线的主供料线段的组件。

Description

用于直接熔炼工艺的固体供给材料的供给方法和设备
技术领域
本发明涉及一种将用于直接熔炼工艺的固体供给材料供给到直接熔炼容器的固体喷射喷管的方法和设备。
背景技术
在以本申请人的名义申请的国际专利申请PCT/AU96/00197(WO96/31627)和其他专利申请中描述了一种通常被称为HIsmelt方法的已知的直接熔炼工艺。
下列关于HIsmelt方法的描述不能被认为是对公知常识的认可。
HIsmelt方法包括下列步骤：
(a)在一个容器中形成铁水和熔渣的熔池；
(b)将(i)一种含铁的供给材料，通常为铁矿石或者部分还原的铁矿石；以及
(ii)一种固体含碳材料，通常为煤，该固体含碳材料用作含铁的供给材料的还原剂以及能量源
喷射到熔池中；以及
(c)在熔池中将含铁供给材料熔炼成铁。
术语“熔炼”的含义这里被理解为其中发生使含铁供给材料还原的化学反应以生产铁水的热处理。
含铁供给材料和固体含碳材料通过多个固体喷射喷管被喷射到熔池中，所述固体喷射喷管相对于垂直方向倾斜以通过所述容器的侧壁向下和向内延伸，并且进入到容器的下部区域中以将固体材料深深地输送到熔池中。
HIsmelt方法还包括使从熔池中释放的反应气体，诸如一氧化碳和氢气，在熔池上方的空间中与含氧气体二次燃烧，并且将由二次燃烧所产生的热量传递到熔池以提供熔炼含铁供给材料所需的热能。
通常，含氧气体是一股热空气，可是富氧的，含氧气体通过向下延伸的热空气喷射喷管被喷射到容器的上部区域中。在容器中的反应气体二次燃烧所产生的废气通过废气导管从容器上部排出。
HIsmelt方法能够通过在一个结构紧凑容器中直接熔炼来生产大量铁水。
但是，为了达到这样的效果，需要将大量固体供给材料，即，含铁供给材料、含碳材料和助熔剂供给到固体喷射喷管。
固体供给材料的供给在整个熔炼期内必须是连续的，最好至少12个月。
但是，必须能够在熔炼期内改变固体供给材料的供给以适应熔炼期内不同阶段的不同的操作条件，包括熔炼过程中意想不到的扰动。
发明内容
本发明提供一种用于在HIsmelt熔炼期内将固体供给材料供给到固体喷射喷管的有效和可靠的方法和设备。
根据本发明，本发明提供了一种将用于直接熔炼工艺的固体供给材料供给到直接熔炼容器的固体喷射喷管的设备，所述固体材料供给设备包括：
(a)用于在压力下将含铁材料和固体含碳材料输送到多对固体喷射喷管的多个供料线，每个供料线与每对喷管相连且每对喷管位于所述容器上的径向相对的位置处，且每个所述供料线包括主供料线段和从主供料线段延伸的两个供料支线段，每一个供料支线段与所述的每对喷管中的一个相连；以及
(b)每个供料线具有与之连接的组件，该组件用于在压力下将含铁材料或含碳材料的一种或多种分配到主供料线段，每个组件包括压力容器。
术语“含铁材料”包括铁矿石、部分还原的铁矿石、DRI、在钢厂中产生的含铁废料。
术语“含碳材料”包括煤和焦炭屑。
最好，含铁材料分配组件包括装有含铁材料的压力容器。
最好，含铁材料分配组件包括用于控制含铁材料供给到供料线的流量的装置。
最好，含铁材料分配组件包括用于供给载体气体以在压力下将含铁材料输送到供料线中的装置。
最好，含碳材料分配组件包括装有含碳材料的压力容器。
最好，含碳材料分配组件包括用于控制含碳材料供给到供料线的流量的装置。
最好，含碳材料分配组件包括用于供给载体气体以在压力下将含碳材料输送到供料线中的装置。
最好，所述设备包括用于在压力下将助熔剂分配到供料线的主供料线段的组件。
最好，助熔剂分配组件包括装有助熔剂的压力容器。
最好，助熔剂分配组件包括用于控制助熔剂供给到供料线的流量的装置。
最好，助熔剂分配组件包括用于供给载体气体以在压力下将助熔剂输送到供料线中的装置。
最好，每一个分配组件在沿着主供料线段的不同连接位置处与供料线的主供料线段相连。
最好，含碳材料分配组件与主供料线段的连接在含铁材料分配组件与主供料线段的连接的上游。
最好，助熔剂分配组件与主供料线段的连接在含碳材料分配组件与主供料线段的连接和含铁材料分配组件与主供料线段的连接的中间。
最好，每一个支线段在构造方面，即，直段和弯曲部以及支线段中的管径，基本上是相同的。
最好，供料线仅包括两个支线段。
对于这种布置，支线段最好与在容器上的径向相对的位置处的一对喷管相连。
最好，每一个支线段包括与固体喷射喷管相连的直段，并且所述直段的长度至少是直段直径的10倍。
最好，所述设备包括用于检测和解除供料线中的堵塞的装置。
最好，检测/解除堵塞装置包括多个在沿着供料线长度的一系列位置处选择性地加压或者排气的组件。
最好，所述设备包括多个上述供料线，并且每一个供料线的支线段与固体喷射喷管相连，用于含铁材料和含碳材料或者有选择使用的助熔剂的独立分配组件与每一个供料线相连。
对于这种布置，如果在一个或者多个供料线中存在供给材料堵塞或者其他形式的供给中断，利用其余未受到影响并且可工作的供料线和与其相连的固体喷射喷管仍然能够连续供给所述供给材料。
根据本发明，本发明还提供一种将用于直接熔炼工艺的固体供给材料供给到直接熔炼容器的固体喷射喷管的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)利用多个供料线将固体供给材料和载体气体供给到多对固体喷射喷管，每个供料线与每对喷管相连且每对喷管位于所述容器上的径向相对的位置处，且每个所述供料线包括主供料线段和从主供料线段延伸的两个供料支线段，每一个供料支线段与所述对喷管中的一个相连；以及
(b)在压力下将含铁材料或含碳材料的一种或多种从包括压力容器的分配组件分配到主供料线段中。
最好，所述方法包括维持固体供给材料供给到每一个喷管的相同的质量流量。
最好，所述固体供给材料包括含铁材料、含碳材料和助熔剂中的一种或者多种。
最好，含铁材料基本上是直径小于6mm的粉末材料。
最好，含碳材料基本上是直径小于3mm的粉末材料。
最好，载体气体是氮。
最好，所述方法包括通过用于每一种供给材料的独立分配组件将固体供给材料和载体气体供给到主供料线段中。
最好，所述方法包括在供料线的主供料线段的分配组件端保持至少250Pa的压头。
最好，所述方法包括在供料线的主供料线段的分配组件端保持至少300Pa的压头。
最好，所述方法包括以至少10kg固体/Nm3气体的固体：气体比例，将固体供给材料和载体气体供给到供料线中。
最好，所述方法包括以下列最小速度将下列固体供给材料供给到供料线中。
 
材料 最小速度m/s
煤/焦炭屑 8
矿石/部分还原铁矿石DRI/钢厂废料 10
助熔剂 8
根据本发明，本发明还通过一种包括上述供给材料供给设备的直接熔炼设备。
根据本发明，本发明还通过一种包括上述用于供给固体供给材料的方法的直接熔炼方法。
附图说明
下面将参照附图结合示例对本发明进行进一步描述，在附图中：
图1以图表的形式示出了本发明所涉及的供给材料供给设备的优选实施例；
图2以图表的形式详细地示出了图1中所示的供给材料供给设备的一个单元；以及
图3是图1和图2中所示的供给材料的供料线中的一个弯曲部的优选实施例的侧视图。
具体实施方式
图1示出了用于将固体供给材料，即煤、助熔剂和铁矿石以及载体气体供给到8个固体喷射喷管7的供给材料供给设备，其中所述固体喷射喷管穿过直接熔炼容器SRV的侧壁5并且向下向内延伸到容器中。
直接熔炼容器SRV可是任何能够实施诸如上述HIsmelt方法的直接熔炼方法的适合容器。
以本申请人名义申请的澳大利亚专利申请27990/01包括对HIsmelt容器的一般性结构的描述，该澳大利亚专利申请所披露的内容结合在这里作为参考。
一般地，在澳大利亚专利申请27990/01中所述的HIsmelt容器具有：一个炉膛，所述炉膛包括由耐火材料砖制成的底部和侧部；侧壁，侧壁形成从炉膛的侧部向上延伸的基本上为圆柱形的筒体并且包括上筒体部分和下筒体部分；炉顶；用于废气出口；用于连续排出熔融金属的前炉；以及用于排出熔渣的出渣口。
在使用中，所述容器盛装铁水和渣的熔池，所述熔池包括熔融金属层和在金属层上的熔渣层。
该容器装有用于将热空气流输送到容器上部区域的向下延伸的气体喷管和8个固体喷射喷管(在附图中用附图标记7表示)，所述固体喷射喷管向下和向内穿过侧壁并且伸入到熔渣层中以将夹杂在缺氧载体气体中的铁矿石、含碳的固体材料以及助熔剂喷射到金属层中。
气体喷射喷管通过从与还原容器保持一定距离的热气供给站延伸的热气体输送导管接收富含氧的热气流。
选择固体喷射喷管7的位置以便在生产操作过程中使它们的出口端位于金属层表面的上方。这样设置喷管的位置能够降低与熔融金属接触的危险并且还能够利内部强制水冷对喷管进行冷却，而且不会出现水接触到容器中的熔融金属的重大危险。
供给材料供给设备用于将煤、助熔剂和铁矿石供给到径向相对的成对的固体喷射喷管7。
用于每一对固体喷射喷管7的供给材料供给设备包括：
(a)一系列供给材料分配组件，即，煤分配组件、助熔剂分配组件和铁矿石分配组件；以及
(b)用于将供给材料输送到喷管7的用字母L表示的供料线。
特别是，对于4对喷管7中的每一个，煤、助熔剂和铁矿石中每一种材料的供给是独立的。换言之，该设备包括用于将供给材料供给到喷管7的4个独立的供给材料供给单元。因此，该设备确保直接熔炼方法非常可靠。
特别是，如果其中一个或者多个单元不能工作，其余的单元可继续供给每一种供给材料，在这种情况下可提高供给速度以补偿由于不能工作的单元而导致的供给材料供给量减少。
供给材料分配组件包括利用载体气体(通常为氮)将各种固体供给材料分配到供料线L中的压力容器9、11、13。
参见图2，通过气体供给线39将载体气体在压力下供给到压力容器9、11、13。
另外，供给材料分配组件包括控制从分配容器9、11、13排放到供料线L的气流的阀41。
另外，供给材料分配组件包括用于将各种供给材料供给到分配容器9、11、13的锁定料斗(未示出)和用于将供给材料供给到锁定料斗的大容量储料仓(未示出)。
供料线L具有耐磨蚀衬，所选择的耐磨蚀衬能够经受直接熔炼期，通常为12个月。
为了使制造和操作成本达到最小，希望供料线L的长度尽可能地短。
每一个供料线L包括与分配容器9、11、13相连的一个主供料线段15、与主供料线段15的下游端相连的连接部件19以及一对从连接部件19延伸并与喷管7相连的支线段17。一个支线段17与其中一个喷管7相连，另一个支线段17与其他的喷管7相连。
分配容器9、11、13独立地每一个主供料线段15相连，并且煤分配容器9在其他容器11、13的上游被连接，助熔剂分配容器11在铁矿石分配容器13的上游被连接。
煤储放容器9在其他容器11、13的上游被连接，这是由于煤的自然属性有助于固体供给材料在供料线L中的输送。
连接部件19可是任何适合类型的给料分路器。一种适合的连接部件是Clyde分路器盒。
在使用中，利用载体气体在压力下将煤、助熔剂和铁矿石中的一种或者多种从各自的分配容器9、11、13供给到主供料线段15中，并且通过主供料线段15和支线段17将它们输送到固体喷射喷管7。
该布置是这样的，即，根据工艺要求，以任何给定的时间，通过主供料线段15和支线段17将仅一种供给材料、或者两种供给材料的混合物或者三种供给材料的混合物输送到固体喷射喷管7。
每一对给定的支线段17在直段、弯曲部和管直径等结构方面是相同的，以使从连接部件19通过每一个支线段17供给到喷管7的供给材料质量流的阻力基本相同。
在附图中所示的布置中，每一个支线段17包括第一直段21、第一T形弯曲部23、第二直段25、第二T形弯曲部27以及第三直段29。
参见图3，T形弯曲部23、27是90度扩展T形弯曲部，具有终端部分31，通过端口33可接近终端部分31。
支线段17具有这样的构造，即，使第三直段29，即与喷管7相连的部分的长度不小于10个管直径。这确保支线段17的最高摩擦区域，通常为第二T形弯曲部27的下游2—7个管直径处，处于固体喷射喷管7的外部。
基于申请人进行的试验，优选的操作参数如下：
固体:气体比
 
最小 正常 最大
固体:气体比 10kg/Nm<sup>3</sup> 15kg/Nm<sup>3</sup> 18kg/Nm<sup>3</sup>
输送速度
 
材料 最小 正常 最大<sup>**</sup>
煤/焦炭屑 8m/s 10m/s 16m/s
矿石/回炉料/DRI 10m/s 12m/s 16m/s
助熔剂/灰尘 8m/s 10m/s 16m/s
**这是正常操作最大值。在短时间(小于1小时)内超出这些数值也是可能的。
最小压头(仅基于气体性能)
 
材料 最小
煤/焦炭屑 300Pa
矿石/回炉料/DRI 300Pa
助熔剂/灰尘 300Pa
概括地，操作参数的选择的目的是以尽可能低的气体速度操作，以使载体气体体积和线磨损达到最小，但需要注意的是，当速度减小时线堵塞的危险性增大。
所述设备还包括用于检测和解除供料线L中的堵塞的装置。
参见图2，检测/解除堵塞的装置包括在每一个分配容器9、11、13、主供料线段15和支线段17中的压力测量设备PT。检测/解除堵塞的装置还包括数据处理系统(未示出)，数据处理系统用于处理测量压力以及确定压力差，特别是确定压力差是否在限定的范围外，否则将指示发生线堵塞。
仍然参见图2，检测/解除堵塞的装置还包括用于在沿着供料线L的长度的多个点处为供料线L加压/排气的组件51，以便解除供料线的堵塞。
在使用中，当在供料线L中检测到堵塞时，关闭阀43以防止供给材料继续被供给到堵塞的供料线L，并且通过加压/排气点51供给气体对在堵塞的两侧上的管道系统加压，接着堵塞的一侧被快速向大气排气。申请人发现，该技术是清除线堵塞的一种有效方法。
在不脱离本发明的保护范围的基础上可对本发明的优选实施例进行许多变型。
在这一点上，应该理解的是，与分配容器9、11、13相关的控制装置可是机械供给系统或者利用压力差的压力系统或者它们的任何组合。

Claims (27)

1.一种将用于直接熔炼工艺的固体供给材料供给到直接熔炼容器的固体喷射喷管的设备，所述固体材料供给设备包括：
(a)用于在压力下将含铁材料和固体含碳材料输送到多对固体喷射喷管的多个供料线，每个供料线与每对喷管相连且每对喷管位于所述容器上的径向相对的位置处，且每个所述供料线包括主供料线段和从主供料线段延伸的两个供料支线段，每一个供料支线段与所述的每对喷管中的一个相连；以及
(b)每个供料线具有连接于其中的组件，该组件用于在压力下将含铁材料或含碳材料的一种或多种分配到主供料线段，每个组件包括压力容器。
2.如权利要求1所述的供给设备，其特征在于，每个含铁材料分配组件包括用于控制含铁材料供给到供料线的流量的装置。
3.如权利要求1所述的供给设备，其特征在于，每个含铁材料分配组件包括用于供给载体气体以在压力下将含铁材料输送到供料线中的装置。
4.如权利要求1所述的供给设备，其特征在于，每个含碳材料分配组件包括用于控制含碳材料供给到供料线的流量的装置。
5.如权利要求1所述的供给设备，其特征在于，每个含碳材料分配组件包括用于供给载体气体以在压力下将含碳材料输送到供料线中的装置。
6.如权利要求1所述的供给设备，其特征在于，所述设备还包括多个用于在压力下将助熔剂分配到供料线的主供料线段的组件。
7.如权利要求6所述的供给设备，其特征在于，每个助熔剂分配组件包括用于助熔剂的压力容器。
8.如权利要求6所述的供给设备，其特征在于，每个助熔剂分配组件包括用于控制助熔剂供给到供料线的流量的装置。
9.如权利要求6所述的供给设备，其特征在于，每个助熔剂分配组件包括用于供给载体气体以在压力下将助熔剂输送到供料线中的装置。
10.如权利要求1所述的供给设备，其特征在于，所述分配组件在沿着主供料线段的不同连接位置处与供料线的主供料线段相连。
11.如权利要求10所述的供给设备，其特征在于，所述含碳材料分配组件与主供料线段的连接位于所述含铁材料分配组件与主供料线段的连接的上游。
12.如权利要求6所述的供给设备，其特征在于，所述助熔剂分配组件与主供料线段的连接位于所述含碳材料分配组件与主供料线段的连接和所述含铁材料分配组件与主供料线段的连接的中间。
13.如权利要求1所述的供给设备，其特征在于，每一个支线段具有相同的构造。
14.如权利要求1所述的供给设备，其特征在于，每一个支线段包括与固体喷管相连的直段，并且所述直段的长度至少是直段直径的10倍。
15.如权利要求1所述的供给设备，其特征在于，所述设备还包括用于检测和解除供料线中的堵塞的装置。
16.如权利要求15所述的供给设备，其特征在于，所述用于检测和解除供料线中的堵塞的装置包括在沿着供料线长度的一系列位置处选择性地加压或者排气的多个组件。
17.一种将用于直接熔炼工艺的固体供给材料供给到直接熔炼容器的固体喷射喷管的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)利用多个供料线将固体供给材料和载体气体供给到固体喷射喷管，每个供料线与每对喷管相连且每对喷管位于所述容器上的径向相对的位置处，且每个所述供料线包括主供料线段和从主供料线段延伸的两个供料支线段，每一个供料支线段与所述的每对喷管中的一个相连；以及
(b)在压力下将含铁材料或含碳材料的一种或多种从包括压力容器的分配组件分配到主供料线段中。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括维持固体供给材料供给到每一个喷管的相同的质量流量。
19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述固体供给材料包括含铁材料、含碳材料和助熔剂中的一种或者多种。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，含铁材料是直径小于6mm的粉末材料。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，含碳材料是直径小于3mm的粉末材料。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过用于每一种供给材料的独立的分配组件将固体供给材料和载体气体供给到主供料线段中。
23.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括在供料线的主供料线段的分配组件端保持至少250Pa的压头。
24.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括以至少10kg固体/Nm3气体的固体:气体比例将固体供给材料和载体气体供给到供料线中。
25.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下列最小速度将下列固体供给材料供给到供料线中：
煤或焦炭屑：8m/s；
矿石或部分还原铁矿石DRI或钢厂废料：10m/s；
助熔剂：8m/s。
26.一种包括如权利要求1至16中任一项所述的供给材料供给设备的直接熔炼设备。
27.一种包括如权利要求17至25中任一项所述的用于供给固体供给材料的方法的直接熔炼方法。
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